鲁科版高中物理选择性必修第一册检测卷第5章含答案

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第5章　光的干涉、衍射和偏振一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.关于光的干涉、衍射和偏振,下列说法中错误的是 (　　)A.高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的干涉现象B.全息照相的拍摄主要利用了光的偏振原理C.通过手指间的缝观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象D.与紫外线相比,红外线更容易发生衍射现象2.下列四种光学现象,对其原理解释正确的是 (　　)A.图甲可检验平面的平整度,条纹间距左窄右宽B.图乙为泊松亮斑,是光通过小圆孔衍射形成的,说明光具有波动性C.图丙为立体电影原理,利用了光的偏振现象D.图丁为水中特别明亮的气泡,是气泡薄膜干涉造成的3.关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中,正确的是 (　　) A.甲图是光的干涉图样B.乙图是光的衍射图样C.丙图是光的折射现象D.丁图是光导纤维利用光的全反射原理,其内芯折射率小于外套的折射率4.抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化,下列叙述中正确的是 (　　)A.这里应用的是光的干涉现象 B.这里应用的是光的偏振C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗 D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细5.如图所示,让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上,P的右侧再放一光屏Q,现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周,则关于光屏Q上的亮度变化情况,下列说法中正确的是 (　　)A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏才被照亮,在其他位置时光屏上无亮光B.光屏上亮、暗交替变化C.光屏上亮度不变D.光屏上只有一条亮线,随偏振片转动而转动6.有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品能使被照物品产生的热效应大大降低,从而被广泛地应用。这种灯降低热效应的原理是灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜(如氟化镁),该膜能消除不镀膜时表面反射回来的热效应最显著的红外线,以λ表示红外线在真空中的波长,n表示薄膜对该红外线的折射率,则所镀薄膜的厚度最小应为(不计半波损失) (　　)A.λ4n B.nλ4 C.λ2n D.nλ27.劈尖干涉是一种薄膜干涉,将一平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜,如图甲所示,当光从上方入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。现从图示装置中抽去一张纸片,从上往下看到的干涉条纹是 (　　)8.如图甲所示,把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上,BC一侧用薄片垫起,将红单色光从上方射入,这时可以看到明暗相间的条纹,下列关于这些条纹的说法中正确的是 (　　)A.条纹与DC边平行B.乙图弯曲条纹表示下方待测板在该处有凹陷C.如果用手用力捏住右侧三层,会发现条纹保持间距不变,整体向AD侧移动D.看到的条纹越多,说明薄片的厚度越厚二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,部分选对的得2分,有选错的得0分)9.两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图甲、乙所示。图丙中有一半圆玻璃砖,O是圆心,MN是法线,PQ是足够长的光屏。甲单色光以入射角i由玻璃砖内部射向O点,折射角为r。则下列说法正确的是 (　　)A.乙光以入射角i入射时一定发生全反射B.甲光的频率比乙光的频率大C.光的干涉现象说明光是一列横波D.若绕O点逆时针旋转玻璃砖,PQ上可能接收不到甲光10.1834年,洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。某实验小组重做该实验,如图所示,水平放置的平面镜MN左侧有一与纸面垂直的缝光源S,S仅发出单一频率的光,平面镜右侧固定有竖直放置的光屏,平面镜所在水平线与光屏的交点为P,关于光屏上呈现的干涉图样,以下说法正确的是 (　　)A.光屏上呈现水平的明暗相间的干涉条纹B.光屏上呈现的条纹关于P点上下对称C.若将缝光源S水平向右移动一小段距离,光屏上的条纹间距将变大D.若将缝光源S竖直向下移动一小段距离,光屏上的条纹间距将变大11.如图1所示,等腰△ABC为一棱镜的横截面,AB=AC;一平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜,在BC边经过一次反射后从AC边射出,出射光分成了不同颜色的甲、乙两束光。图2是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样,下列说法正确的是 (　　)A.甲光的波长比乙光的长 B.甲光在棱镜中的传播速度比乙光的小C.图2中a是乙光的干涉图样 D.图2中c是甲光的衍射图样12.利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差(约为微米量级),实验装置如图甲所示。T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶,A0为标准金属丝,直径为D0;A为待测金属丝,直径为D;两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面,观察到的干涉条纹如图乙所示,测得相邻条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是 (　　)A.|D-D0|=λL2ΔLB.A与A0直径相差越大,ΔL越大C.轻压T1右端,若ΔL增大,则有D>D0D.A与A0直径相等时可能产生图乙中的干涉条纹三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(9分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图甲所示。(1)以线状白炽灯为光源,对实验装置进行了调节并观察实验现象后,总结出以下几点结论,你认为正确的是　　　　。 A.灯丝和单缝及双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹疏密程度与双缝间距无关D.干涉条纹疏密程度与光的波长有关(2)当测量头中的分划板中心刻度线对齐某干涉条纹线时,手轮上的示数如图乙所示,该读数为　　　　mm。 　(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示。用在这种情况下测量到的干涉条纹的间距Δy求得的光的波长λ测　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)该光波长的真实值λ真。 14.(10分)小明和小强两位同学根据老师的要求到实验室利用双缝干涉测量光的波长,实验老师给他们提供如图甲所示的实验仪器。接通电源使光源正常发光。回答下列问题:甲(1)一开始小明和小强同学按图甲所示将仪器安装在光具座上之后,在目镜中什么也看不到,两人看了说明书之后,相互配合做了如下调节:一是调节光源、凸透镜、遮光筒轴线在同一高度上;二是调节单缝与双缝　　　　,使缝的中点位于遮光筒轴线上。但是这次小明同学在目镜中看到了模糊不清的条纹,为了得到清晰的条纹,因仪器装置较长,一人无法完成操作,两人开始分工,小明在目镜中观察,小强必须前后微调　　　　(填写图中所给的仪器名称)才能看到清晰的干涉条纹。 (2)经过认真、正确地调节,小明和小强看到了彩色干涉条纹,说明在实验装置当中缺少了　　　　。小明和小强认为同样可以测出彩色条纹间距,从而测出光源发出的光的波长,因此调节出如图乙、丙、丁所示的三个彩色条纹图样,请问观察到图乙情景时目镜中心相对于遮光筒轴线是　　　　(填“偏左”或“偏右”)的。 (3)观察到图乙情景时,将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮条纹,此时手轮上的示数为20.00 mm。然后转动测量头,使分划板中心刻线与第9条亮条纹中心对齐,记下此时手轮上的示数为3.00 mm,求得相邻亮条纹的中心间距Δy=　　　　mm。 (4)已知双缝间距d=0.200 mm,测得双缝到光屏的距离l=700 mm,由表达式λ=　　　　,求得所测光源发出光的波长为　　　　nm(结果保留三位有效数字)。 15.(9分)如图所示,双缝干涉测波长的实验中,双缝S1、S2的间距d=0.25 mm,双缝到光屏的距离l=60 cm,光屏上的P点到S1、S2的距离之差δ=1.5×10-6 m,现用某单色光在空气中做双缝干涉实验,测得两条相邻亮条纹的中心间距y=1.44 mm,光在空气中的传播速度c=3×108 m/s。(1)求单色光的波长和频率;(2)判断P处是亮条纹还是暗条纹(写出判断依据)。16.(10分)如图所示是通过游标卡尺两脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。(1)试通过图样分析四张照片对应的两脚间的宽度大小关系。(2)试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因。17.(10分)电脑、手机的屏幕会发出短波蓝光,这种蓝光长时间照射对视网膜的危害程度极大。某同学利用薄膜干涉的原理设计“增反膜”眼镜来减小短波蓝光对眼睛的伤害,制作时需要测量短波蓝光的波长。他利用双缝干涉进行波长的测量,实验中使用的双缝间距d=0.10 mm,双缝到屏的距离l=1.0 m,测得屏上干涉条纹中亮条纹间距Δy=4.5 mm。求:(1)被测短波蓝光的波长λ;(2)若选用薄膜材料的折射率为n=1.25,要消除该短波蓝光,则制作“增反膜”眼镜时“增反膜”的最小厚度是多少。18.(12分)如图给出了“用双缝干涉测量光的波长”实验示意图,双缝S1和S2间距为0.80 mm,双缝到屏的距离为0.80 m。波长为500 nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上,在屏上形成干涉条纹。中心轴线OO'上方第1条亮条纹中心位置在P1处,第3条亮条纹中心位置在P2处。现在1号、2号虫子分别从S1和S2出发以相同速度沿垂直屏方向飞行,1号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P1,2号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P2。假定两只虫子爬行速率均为10-3 m/s。求两只虫子运动的时间差。答案全解全析1.B　高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色,这是由于镜头表面镀膜的上表面与玻璃表面反射的光发生了干涉现象,故A不符合题意;全息照相的拍摄主要是利用了光的干涉原理,故B符合题意;通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,故C不符合题意;波长越长的光越容易发生衍射,红外线的波长比紫外线的长,因此红外线更容易发生衍射现象,故D不符合题意。2.C　图甲为薄膜干涉的应用,可检验平面的平整度,条纹间距相等,A错误;图乙为泊松亮斑,是光通过小圆板衍射形成的,说明光具有波动性,B错误;图丙中立体电影利用了光的偏振现象,C正确;图丁中水中明亮的气泡,是光从水中射向气泡时,有一部分光发生了全反射,D错误。故选C。3.C　甲图是光的衍射图样,乙图是光的干涉图样,故A、B错误;丙图是光的折射现象,C正确;丁图中光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率,D错误。4.D　当障碍物的尺寸与波的波长相当或小于波的波长时,会发生明显的衍射,该装置应用了光的衍射现象,如果屏上条纹变宽,则表明抽制的丝变细,故D正确,A、B、C错误。5.C　因为太阳光为自然光,自然光在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光的强度都相同,故光屏Q上的亮度不变,故选C。6.A　当薄膜前后表面反射红外线的光程差为红外线半波长的奇数倍时,薄膜两个界面上的反射光干涉后互相削弱,消除了反射光中的红外线。设λ'为红外线在薄膜中的波长,薄膜厚度为d,则λ'=λn,薄膜前后表面反射光线的光程差满足λ'2(2N+1)=2d(N=0,1,2,3…),故薄膜厚度为d=λ'4(2N+1)(N=0,1,2,3…),所镀薄膜的厚度最小应为d=λ4n。故选A。7.B　设劈尖的角度为θ,第n级明条纹对应的劈尖膜厚度为dn,第n+1级明条纹对应的劈尖膜厚度为dn+1,相邻两明条纹的间距为l。根据干涉条纹与光程差的关系有2dn+1-2dn=λ,根据几何关系有l sin θ=dn+1-dn,即l sin θ=λ2,抽去一张纸片后,θ减小,所以l增大,即干涉条纹变稀疏,故B正确。故选B。8.D　设薄膜厚度为d,薄膜干涉的光程差Δs=2d,厚度相同处产生的条纹明暗情况相同,因此条纹应与AD边平行,A错误;根据薄膜干涉的产生原理可知,乙图弯曲条纹表示该处有凸起,B错误;如果用手用力捏住右侧三层,劈尖处的夹角θ减小,根据Δx=λ2sinθ,可知条纹间距变大,C错误;看到的条纹越多,说明相邻亮条纹间距越小,夹角θ越大,薄片的厚度越厚,D正确。9.BD　根据干涉条纹间距公式Δy=ldλ可知乙光的波长较长,根据c=λf可知乙光的频率小于甲光的频率,所以玻璃砖对乙光的折射率小于对甲光的折射率,根据sin C=1n可知乙光的临界角较大,所以甲单色光以入射角i由玻璃砖内部射向O点时发生折射,乙光以i入射时不会发生全反射,A错误,B正确;光的干涉现象说明光具有波动性,光的偏振说明光是一列横波,C错误;若绕O点逆时针旋转玻璃砖,入射角i增大,当i大于等于甲光的临界角时,PQ上接收不到甲光,D正确。10.AD　光源发出直接到屏上的光和被平面镜反射到屏上的光是相干光,该干涉现象可以看成双缝干涉,故光屏上出现与平面镜平行的明暗相间的条纹,故A正确;在P点下方没有反射光线照射,故不会有干涉条纹,故B错误;光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离l,光源S到平面镜中光源S的虚像的距离可看成双缝的间距d,根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式Δy=ldλ,将缝光源S水平向右移动一小段距离,则l变小,故光屏上的条纹间距将变小,若将缝光源S竖直向下移动一小段距离,则d变小,故光屏上的条纹间距将变大,故C错误,D正确。故选A、D。11.AD　由题图可知,乙光的偏折程度较大,则乙光的折射率大,故频率大,波长短,故A正确;由n=cv可得,甲光在棱镜中的传播速度比乙光的大,B错误;其他条件相同时,干涉条纹间距与波长成正比,乙光的波长短,故a是甲光的干涉图样,b是乙光的干涉图样,故C错误;其他条件相同时,波长越长,衍射图样中央亮条纹越宽,故图2中c是甲光的衍射图样,d是乙光的衍射图样,故D正确。12.AC　设具有标准平面的玻璃晶之间的夹角为θ,由题图可知,tan θ=D-D0|L,由空气薄膜的干涉条件可知2ΔL tan θ=λ,则ΔL=λ2tanθ,|D-D0|=λL2ΔL,A正确;A与A0直径相差越大,θ越大,ΔL越小,B错误;轻压T1右端,若ΔL增大,则θ减小,说明D>D0,C正确;当A与A0直径相等时,tan θ=0,不会形成题图乙中的干涉条纹,D错误。13.答案　(1)AD(3分)　(2)0.704(0.703~0.705均可)(3分)　(3)大于(3分)解析　(1)实验中,灯丝和单缝及双缝必须平行放置,A正确;干涉条纹与双缝平行,B错误;根据Δy=ldλ,干涉条纹疏密程度与双缝宽度、波长有关,C错误,D正确。(2)读数为0.5 mm+20.4×0.01 mm=0.704 mm。(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,条纹间距的测量值Δy偏大;根据干涉条纹的间距公式Δy=ldλ可知,波长测量值也偏大。14.答案　(1)相互平行(1分)　凸透镜(1分)　(2)滤光片(2分)　偏右(2分)　(3)2.125(2分)　(4)dΔyL(1分)　607(1分)解析　(1)单缝与双缝相互平行是干涉条纹清晰的前提条件,所以必须调节单缝与双缝相互平行;在调节光源、凸透镜、遮光筒轴线在同一高度上,单缝与双缝相互平行后,还必须认真前后微调凸透镜,才能在光屏上得到清晰的干涉条纹图样。(2)不加滤光片,观察到的是复色光的彩色条纹;根据实际操作易知,观察到图乙情景时目镜中心相对于遮光筒轴线是偏右的。(3)相邻亮纹的中心间距为Δy=y1-y99-1=20.00-3.008 mm=2.125 mm。(4)由Δy=Ldλ知λ=dΔyL,代入数据得λ=0.200×2.125700 mm=6.07×10-4 mm=607 nm。15.答案　(1)6×10-7 m　5×1014 Hz　(2)见解析解析　(1)根据双缝干涉实验相邻亮条纹间距公式可知y=ldλ (1分)根据波长、频率与波速间的关系可知ν=cλ (1分)代入数据得λ=6×10-7 m,ν=5×1014 Hz(2分)(2)P到S1、S2的距离之差δ=1.5×10-6 m(1分)单色光的波长λ=6×10-7 m(1分)由此可知δ=52λ,所以P处为暗条纹。 (3分)16.答案　见解析解析　(1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出,由图甲到图丁,衍射现象越来越明显,说明两脚间的狭缝越来越小,因此由图甲到图丁四张照片对应的两脚间的宽度越来越小。 (5分)(2)图丁中中央条纹的颜色为白色,因为各种色光在屏中央均为亮条纹,七色光叠加后,中央条纹为白色。 (5分)17.答案　(1)450 nm　(2)180 nm解析　(1)根据Δy=ldλ (2分)代入数据解得λ=450 nm(2分)(2)当光程差等于光在薄膜中的波长λ'的整数倍时,即2d=nλ'(n=1,2,3…) (2分)则出现明条纹,因此膜的厚度至少是短波蓝光在膜中波长的一半,短波蓝光在膜中的波长为λ'=λn=360 nm(2分)故膜的厚度至少为λ'2=180 nm(2分)18.答案　0.2 s解析　由题中条件,根据双缝干涉相邻亮条纹间距公式Δy=lλd得Δy=0.5 mm(2分)则P1O'=0.5 mm,P2O'=1.5 mm(2分)那么1号虫子从S1到P1的路程s1=l+d2+P1O' (2分)2号虫子从S2到P2的路程s2=l+P2O'-d2 (2分)两只虫子路程差Δs=|s2-s1|=P2O'-P1O'-d=0.2 mm(2分)两只虫子速率相等,所以时间差为Δt=Δsv=0.2 s(2分)1.B2.C3.C4.D5.C6.A7.B8.D9.BD10.AD11.AD12.AC